INVESTIGACIÓN Y DISEÑO


Robots que sudan y sacan músculo

04/02/2020

CATEGORíA: Nuevos avances

La principal capacidad de los mamíferos para autorefrigerarse ha sido la fuente de inspiración de unos Investigadores de la Universidad de Cornell para, gracias a la impresión 3D, crear un tipo de musculatura blanda que evite el sobrecalentamiento de las máquinas robóticas.

 


 

La refrigeración es un problema particular para los robots blandos, que están hechos de materiales sintéticos. Si bien son más flexibles, mantienen su calor, a diferencia de los metales, que disipan el calor rápidamente. Una tecnología de refrigeración interna, como un ventilador, puede no ser de gran ayuda porque ocuparía espacio dentro del robot y agregaría peso.

 

Es por esa razón que el equipo de Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad de Cornell, se inspiró en el sistema de enfriamiento natural que existe en los mamíferos: la sudoración. "La capacidad de transpirar es una de las características más notables de los humanos", afirma el coautor principal T.J. Wallin,“La sudoración aprovecha la pérdida de agua evaporada para disipar rápidamente el calor y puede enfriarse por debajo de la temperatura ambiente. ... Entonces, como suele ser el caso, la biología nos brindó una excelente guía para inspirarnos. Uno de los obstáculos para hacer robots duraderos, adaptables y ágiles es controlar la temperatura interna de los robots. Si los motores de alta densidad de par y los motores exotérmicos que alimentan un robot se sobrecalientan, el robot dejará de funcionar.” Afirma, además en un artículo publicado en la revista Sciencie Robotics, que “esta forma de gestión térmica es un componente básico para permitir que los robots de alta potencia, sin ataduras, funcionen durante largos períodos de tiempo sin sobrecalentarse”,

 

El equipo de Shepherd se asoció con el laboratorio de Emmanuel Giannelis, el profesor de ingeniería Walter R. Read, para crear los materiales de nanopolímeros necesarios para sudar mediante una técnica de impresión en 3D llamada estereolitografía multimaterial, que utiliza luz para curar la resina en formas prediseñadas.

 

"Nuestra contribución es la fabricación de mezclas de nanopartículas y materiales poliméricos que básicamente nos permiten controlar la viscosidad o el flujo de estos fluidos", apunta Giannelis, también vicerrector de investigación de Cornell y vicepresidente de transferencia de tecnología, propiedad intelectual e investigación.

 

Los investigadores fabricaron actuadores en forma de dedo compuestos por dos materiales de hidrogel que pueden retener agua y responder a la temperatura, en efecto, esponjas "inteligentes". La capa base, hecha de poli-N-isopropilacrilamida, reacciona a temperaturas superiores a 30 C (86 F) al encogerse, lo que exprime el agua en una capa superior de poliacrilamida perforada con poros de tamaño micrométrico. Estos poros son sensibles al mismo rango de temperatura y se dilatan automáticamente para liberar el "sudor", luego se cierran cuando la temperatura cae por debajo de 30ºC.

 

La evaporación del agua reduce la temperatura de la superficie del actuador en 21ºC en 30 segundos, un proceso de enfriamiento que es aproximadamente tres veces más eficiente que en los humanos. Los actuadores pueden enfriarse aproximadamente seis veces más rápido cuando se exponen al viento de un ventilador.

 

"La mejor parte de esta estrategia sintética es que el rendimiento de regulación térmica se basa en el material mismo", apunta Wallin. “No necesitábamos tener sensores u otros componentes para controlar la tasa de sudoración. Cuando la temperatura local aumentó por encima de la transición, los poros simplemente se abrirían y cerrarían por sí solos".

 

El equipo incorporó los dedos del actuador en una mano de robot que podía agarrar y levantar objetos, y se dieron cuenta de que la sudoración autónoma no solo enfriaba la mano, sino que también bajaba la temperatura del objeto. Si bien la lubricación podría resbalar una mano robótica, Shepherd concluye que las modificaciones en la textura del hidrogel podrían compensar al mejorar el agarre de la mano, al igual que las arrugas en la piel.

 

Una desventaja de la tecnología es que puede dificultar la movilidad de un robot. También existe la necesidad de que los robots repongan su suministro de agua, lo que ha llevado a Shepherd a imaginar robots blandos que algún día no solo transpirarán como mamíferos, sino que también beberán como ellos. Los investigadores apunta a que la capacidad de un robot para secretar líquidos también podría conducir a métodos para absorber nutrientes, catalizar reacciones, eliminar contaminantes y recubrir la superficie del robot con una capa protectora.

 

Fuente: www.news.cornell.edu

 

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